Lähes McDonnell Douglas DC-9:n kokoinen Space Shuttle orbiter muistutti muotoilultaan lentokonetta, sillä siinä oli tavanomaisen näköinen runko ja kaksi kaksinkertaista delta-siipeä, joiden molempien siivekkeiden sisemmän etureunan kulma oli 81 astetta ja ulomman etureunan kulma 45 astetta. Orbiterin pystyvakaajassa oli 45 asteen kulmassa taaksepäin kaartuva etureuna. Deltasiipien takareunoihin oli asennettu neljä elevaattoria, ja peräsimen ja nopeusjarrun yhdistelmä oli kiinnitetty pystyvakaimen takareunaan. Nämä yhdessä päämoottoreiden alapuolella sijaitsevan liikkuvan rungon siivekkeen kanssa ohjasivat kiertoradalla liikkuvaa alusta laskeutumisen myöhemmissä vaiheissa.
AsennonohjausjärjestelmäEdit
Reaktio-ohjausjärjestelmä (RCS, Reaction Control System) koostui 44:stä pienestä nestemäistä polttoainetta polttoaineena käyttävästä rakettipotkurista ja niiden erittäin kehittyneestä lennonohjausjärjestelmästä (fly-by-wire flight control system, fly-by-wire flight control system), joka hyödynsi tietokoneen vaativuutta vaativaa, digitaalista Kalmanin suotimista. Tämä ohjausjärjestelmä suoritti tavanomaisen asentosäädön pitch-, roll- ja yaw-akseleilla kaikissa lentovaiheissa eli laukaisussa, kiertoradalla ja paluussa. Järjestelmä suoritti myös kaikki tarvittavat kiertoratamanööverit, mukaan lukien kaikki kiertoradan korkeuden, kiertoratatason ja eksentrisyyden muutokset. Nämä kaikki operaatiot vaativat enemmän työntövoimaa ja impulssia kuin pelkkä asennonhallinta.
Avaruussukkulan kiertoradan nokan läheisyydessä sijainneen reaktionohjausjärjestelmän etummaisiin raketteihin kuului 14 primääri- ja kaksi vernier- RCS-rakettia. Takimmaiset RCS-moottorit sijaitsivat kahdessa Orbital Maneuvering System (OMS) -kotelossa orbiterin takaosassa, ja niihin kuului 12 primaarista (PRCS) ja kaksi vernier-moottoria (VRCS) kummassakin kotelossa. PRCS-järjestelmä huolehti Orbiterin suunnan ohjauksesta, ja VRCS-järjestelmää käytettiin hienojakoiseen manöövereihin kohtaamis-, telakoitumis- ja irrottautumismanöövereissä kansainvälisen avaruusaseman tai aiemmin venäläisen Mir-avaruusaseman kanssa. RCS ohjasi myös Orbiterin asentoa suurimman osan sen paluusta Maan ilmakehään – kunnes ilma tiivistyi tarpeeksi tiheäksi, jotta peräsin, elevaattorit ja rungon siivekkeet tulivat tehokkaiksi.
Obiterin OMS- ja RCS-polttoaineena käytetään monometyylihydratsiinia (CH3NHNH2) ja hapettimena dinitrogeenitetroksidia (N2O4). Tämä nimenomainen polttoaineyhdistelmä on erittäin reaktiivinen ja syttyy spontaanisti kosketuksesta (hypergolista) toisiinsa. Tämä kemiallinen reaktio (4CH3NHNH2 + 5N2O4 → 9N2 + 4CO2 + 12H2O) tapahtuu moottorin palotilassa. Reaktiotuotteet paisuvat ja kiihdyttyvät sitten moottorin kellossa ja tuottavat työntövoimaa. Hypergolisten ominaisuuksiensa ansiosta nämä kaksi kemikaalia käynnistyvät ja käynnistyvät helposti ilman sytytyslähdettä, mikä tekee niistä ihanteellisia avaruusalusten manööverijärjestelmiin.
Orabiitin varhaisessa suunnitteluprosessissa etummaiset RCS-työntömoottorit oli tarkoitus piilottaa sisäänvedettävien ovien alle, jotka avautuisivat, kun orbiter saavuttaisi avaruuden. Nämä jätettiin pois uppoasennettavien työntömoottoreiden sijasta, koska pelättiin, että RCS-ovet jäisivät jumiin auki ja vaarantaisivat miehistön ja orbiterin paluun aikana.
Paineistettu matkustamoEdit
Alun perin kiertoradalla olleen avaruusaluksen ohjaamossa tai lentokannessa oli 2214 hallintalaitetta ja näyttöä, noin kolme kertaa enemmän kuin Apollon komentomoduulissa. Miehistöhytti koostui lentokannesta, keskikannesta ja aputilasta. Näistä ylimpänä oli ohjaamo, jossa istuivat avaruussukkulan komentaja ja lentäjä sekä heidän takanaan enintään kaksi tehtäväasiantuntijaa. Keskikannella, joka oli lentokannen alapuolella, oli vielä kolme istuinta muulle miehistölle.
Keittiö, wc, nukkumapaikat, säilytyslokerot ja sivuluukku kiertoradalle menoa ja sieltä poistumista varten sijaitsivat myös keskikannella, samoin kuin ilmalukko. Ilmalukossa oli lisäluukku hyötykuormatilaan. Tämä ilmalukko mahdollisti kahden tai kolmen astronautin, joilla oli yllään EMU-avaruuspuvut (Extravehicular Mobility Unit), paineen poistamisen ennen avaruuskävelyä (EVA) sekä paineen poistamisen ja paluun orbiteriin EVA:n päätyttyä.
Hyötyalue sijaitsi keskikannen lattian alla, ja se sisälsi ilma- ja vesisäiliöitä hiilidioksidin pesujärjestelmän lisäksi.
PropulsioEdit
Kolme Avaruussukkulan päämoottoria (Space Shuttle Main Engines, SSME) oli asennettu kiertoradalla liikkuvan avaruusaluksen peräkannelle tasasivuisen kolmion muotoon. Näitä kolmea nestemäisellä polttoaineella toimivaa moottoria voitiin kääntää 10,5 astetta pystysuunnassa ja 8,5 astetta vaakasuunnassa orbiterin rakettivoimalla tapahtuvan nousun aikana niiden työntövoiman suunnan muuttamiseksi. Näin ollen ne ohjasivat koko avaruussukkulaa sekä antoivat raketin työntövoiman kohti kiertorataa. Rungon perässä oli myös kolme apuvoimalaitetta (APU). Apuyksiköt muuttivat kemiallisesti hydratsiinipolttoaineen nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan ja antoivat virtaa hydraulipumpulle, joka tuotti painetta koko hydraulijärjestelmälle, mukaan lukien hydraulinen alijärjestelmä, joka ohjasi kolmea nestemäisellä polttoaineella toimivaa rakettimoottoria tietokoneistetun lennonohjauksen avulla. Tuotettua hydraulista painetta käytettiin myös ohjaamaan kaikkia orbiterin ohjauspintoja (korkeusperäsimet, peräsin, nopeusjarru jne.), avaamaan orbiterin laskeutumistelineet ja vetämään sisään takimmaisen laskeutumistelineen läheisyydessä sijaitsevia letkuliitäntäluukkuja, jotka syöttivät nestemäistä vetyä ja nestemäistä happea ulkoisesta polttoainesäiliöstä orbiterin SSME-moottoreille.
Kaksi kiertoradan ohjausjärjestelmän (Orbital Maneuvering System, OMS) työntömoottoria oli asennettu kahteen erilliseen irrotettavaan koteloon orbiterin perän rungossa, jotka sijaitsivat SSME:iden ja pystyvakaajan välissä. OMS-moottorit tarjosivat merkittävän työntövoiman kiertoratamanöövereihin, mukaan lukien kiertoradalle siirtyminen, kiertoradan kiertäminen, siirto, kohtaaminen, kiertoradalta poistuminen, kiertoradalle siirtyminen ja kiertoradalle siirtymisen keskeyttäminen. Lentoonlähdössä käytettiin kahta kiinteää rakettitehostinta (solid rocket boosters, SRB), jotka nostivat aluksen noin 140 000 jalan korkeuteen.
SähkötehoEdit
Sähköteho kiertoradalla liikkuvan avaruusalustan osajärjestelmille saatiin kolmesta vety-happi-polttokennosta, jotka tuottivat 28 voltin tasavirtasähköä ja muunnettiin myös 115 voltin 400 Hz:n vaihtovirtasähköksi kolmivaiheiseksi sähkötehoksi (vaihtovirtasähköä käyttäville järjestelmille). Nämä antoivat virtaa koko Shuttle-paketille (mukaan lukien SRB:t ja ET) ajasta T-minus 3m30s aina tehtävän loppuun asti. Polttokennojen vetyä ja happea säilytettiin pareittain kryogeenisissä varastosäiliöissä, jotka sijaitsivat keskirungon keskellä hyötykuormatilan vuorauksen alapuolella, ja tällaisia säiliöitä voitiin asentaa vaihteleva määrä (enintään viisi) tehtävän vaatimusten mukaan. Kolme polttokennoa kykenivät tuottamaan jatkuvasti 21 kilowatin tehon (tai 15 minuutin huipun 36 kilowatin tehon), ja kiertoradalla oleva alus kulutti tästä tehosta keskimäärin noin 14 kilowattia (hyötykuormaa varten jäi 7 kilowattia).
Polttokennoista saatiin lisäksi juomakelpoista vettä miehistölle lennon aikana.
TietokonejärjestelmätMuutos
Obiterin tietokonejärjestelmä koostui viidestä identtisestä IBM:n AP-101-avioniikka-tietokoneesta, jotka ohjasivat redundanttisesti avaruusaluksen sisäisiä järjestelmiä. Orbiterin järjestelmissä käytettiin erikoistunutta HAL/S-ohjelmointikieltä.
LämpösuojausEdit
Orbiteria suojasivat lämpösuojausjärjestelmän (Thermal Protection System, TPS) materiaalit (jotka oli kehitetty Rockwell Space Systemsin toimesta) sisältä ja ulkoa orbiterin ulkopinnasta hyötykuormatilaan asti. TPS suojasi sitä avaruudessa vallitsevasta -121 °C:n (-186 °F) kylmyydestä paluun 1649 °C:n (3 000 °F) kuumuuteen.
RakenneEdit
Orbiterin rakenne valmistettiin pääosin alumiiniseoksesta, joskin moottorin työntövoimarakenne valmistettiin titaaniseoksesta. Myöhemmät kiertoradat (Discovery, Atlantis ja Endeavour) korvasivat joissakin rakenneosissa alumiinin grafiittiepoksilla painon vähentämiseksi. Ikkunat valmistettiin alumiinisilikaattilasista ja sulatetusta kvartsilasista, ja niihin kuului sisäinen painelasi, 1,3 tuuman (33 mm) paksuinen optinen lasi ja ulkoinen lämpölasi. Ikkunat sävytettiin samalla musteella, jota käytettiin amerikkalaisten seteleiden valmistuksessa.
LaskeutumistelineetMuokkaa
Avaruussukkulan kiertoradalla oli kolme laskeutumistelinejoukkoa, jotka tulivat ulos lämpösuojassa olleiden luukkujen kautta alaspäin. Painonsäästötoimenpiteenä laskutelineitä ei voitu vetää sisään, kun ne oli otettu käyttöön. Koska laskutelineiden ennenaikainen ulosvetäminen olisi hyvin todennäköisesti ollut katastrofaalista (koska ne avautuivat lämpösuojakerrosten läpi), laskutelineet voitiin laskea alas vain käsikäyttöisillä ohjaimilla, eikä millään automaattisella järjestelmällä.
Mikäli sukkula laskeutui suurella nopeudella, eikä laskeutumisyritystä voitu keskeyttää, laskutelineiden oli avauduttava luotettavasti ensimmäisellä yrittämällä joka kerta. Laskutelineet avattiin ja avattiin kolminkertaisesti redundantilla hydrauliikalla, ja laskutelineiden luukut toimivat mekaanisilla linkityksillä laskutelineiden tukijalkoihin. Jos kaikki kolme hydrauliikkaa eivät onnistuneet vapauttamaan laskutelineiden lukituksia sekunnin kuluessa vapautuskäskystä, pyrotekniset panokset katkaisivat automaattisesti lukituskoukut ja jouset avasivat pyydykset.
Laskeutumisen aikana Shuttlen nokkapyörää voitiin ohjata ohjaamossa olevilla peräsinpolkimilla. Avaruussukkula Endeavourin rakentamisen aikana kehitettiin parannettu nokkapyörän ohjausjärjestelmä, joka mahdollisti helpomman ja paremman nokkapyörän ohjauksen. Endeavourin käyttöönoton jälkeen järjestelmä asennettiin muihin sukkuloihin niiden peruskorjausten yhteydessä 1990-luvun alussa.
Avaruussukkulan kiertoradalla ei ollut törmäyksenestovaloja, navigointivaloja tai laskeutumisvaloja, koska kiertoradalla laskeuduttiin aina alueille, jotka sekä liittovaltion ilmailuhallinto (Federal Aviation Administration, FAA) että ilmavoimat (Air Force, Air Force) olivat hyväksyneet erityisesti. Orbiter laskeutui aina joko Edwardsin ilmavoimien tukikohtaan (Kalifornia) tai Kennedy Space Centerin sukkulalaskupaikalle (Florida), paitsi STS-3:n tapauksessa White Sandsin avaruussatamaan New Mexicossa. Vastaavat erikoisluvat (lentokieltoalueet) olivat voimassa myös mahdollisilla hätälaskeutumispaikoilla, kuten Espanjassa ja Länsi-Afrikassa, kaikkien laukaisujen aikana.
Kun Orbiterin laskeutuminen suoritettiin yöllä, kiitotie oli aina vahvasti valaistu maanpinnan valonheittimien ja valonheittimien valolla, mikä teki laskeutumisvalot Orbiterin laskeutumisvalaisimesta tarpeettoman ja myös avaruuslentojen painolastin tarpeettomaksi. Yhteensä 26 laskeutumista tapahtui yöllä, ensimmäinen oli STS-8 syyskuussa 1983.
Merkinnät ja tunnuksetMuokkaa
Avaruussukkula Orbiterissa käytetty kirjasintyyppi oli Helvetica.
Orbiterin Enterprise-prototyypissä oli alunperin vasemman siiven yläpinnalla Yhdysvaltain lippu ja oikean siiven yläpinnalla mustat kirjaimet ”USA”. Nimi ”Enterprise” mustalla oli maalattu hyötykuormatilan luukkuihin juuri etummaisen saranan yläpuolelle ja miehistömoduulin taakse; hyötykuormatilan luukkujen peräkärjessä oli NASA:n ”madon” logotyyppi harmaalla. Hyötykuormatilan ovien takaosan alapuolella rungon sivussa heti siiven yläpuolella oli mustalla teksti ”Yhdysvallat” ja sen edessä Yhdysvaltojen lippu.
Ensimmäisessä toiminnassa olleessa kiertoradalla, Columbialla, oli alun perin samat merkinnät kuin Enterprisellä, joskin oikeassa siivessä olevat ”USA”-kirjaimet olivat hiukan suuremmat ja etäämmälle toisistaan sijoitetut. Columbialla oli myös mustat laatat, jotka puuttuivat Enterpriselta sen etummaisessa RCS-moduulissa, ohjaamon ikkunoiden ympärillä ja pystyvakaajassa. Columbialla oli myös sen siipien yläpintojen etuosassa erottuvat mustat kiinat, joita ei ollut yhdelläkään muulla kiertolaisaluksella.
Challenger otti käyttöön sukkulalaivaston muunnellun merkintäkaavan, jota Discovery, Atlantis ja Endeavour seurasivat. Vasemmassa siivessä oli mustat kirjaimet ”USA” Amerikan lipun yläpuolella, ja oikeassa siivessä NASA:n ”madon” logotyyppi harmaalla keskitettynä kiertoradan nimen yläpuolella mustalla. Orbiterin nimeä ei myöskään ollut merkitty hyötykuormatilan luukkuihin vaan keulan rungon etupuolelle heti ohjaamon ikkunoiden alapuolelle ja taakse. Näin nimi näkyisi, kun kiertoradalla oleva avaruusalus kuvattaisiin kiertoradalla ovien ollessa auki. Challengerin pystyvakaajan kärjessä oli myös Columbian tapaan mustat laatat, jotka puuttuivat muilta kiertolaisaluksilta.
Enterprisen siipimerkinnät muutettiin vuonna 1983 Challengeria vastaaviksi, ja hyötykuormatilan luukkujen peräkärjessä oleva NASA:n ”worm”-logo muutettiin harmaasta mustaksi. Nokkaan, ohjaamon ikkunoihin ja pystysuoraan pyrstöön lisättiin joitakin mustia merkintöjä, jotta ne muistuttaisivat paremmin lentokalustoa, mutta nimi ”Enterprise” säilyi hyötykuormatilan luukuissa, koska niitä ei koskaan tarvinnut avata. Columbian nimi siirrettiin eturunkoon, jotta se vastaisi muita aluksia STS-61-C:n jälkeen vuosien 1986-88 tauon aikana, jolloin sukkulalaivasto oli lentokieltoon Challengerin menetyksen jälkeen, mutta Columbia säilytti alkuperäiset siipimerkinnät viimeiseen peruskorjaukseensa asti (STS-93:n jälkeen) ja ainutlaatuiset mustat kylkilistat koko loppuelämänsä ajan.
Vuodesta 1998 alkaen lento-ajoneuvojen merkinnät muutettiin siten, että ne sisälsivät NASA:n ”lihapallo”-tunnuksen. ”Worm”-logotyyppi, jonka virasto oli poistanut käytöstä, poistettiin hyötykuormatilan luukuista, ja ”lihapallo”-tunnus lisättiin ”United States”-tekstin perään alempaan peräkärryyn. Lihapallo-tunnus oli myös vasemmassa siivessä, ja oikeassa siivessä kiertoradan nimen yläpuolella Yhdysvaltain lippu oli keskitetyn siiven sijasta vasemmalle tasattuna. Kolmessa elossa olevassa avaruusaluksessa, Discoveryssä, Atlantiksessa ja Endeavourissa, on edelleen nämä merkinnät museonäytteinä. Enterprise siirtyi Smithsonian-instituutin omistukseen vuonna 1985, eikä se ollut enää NASAn valvonnassa, kun nämä muutokset tehtiin, joten prototyyppi kiertoradalla on edelleen vuoden 1983 merkinnät ja sen nimi on edelleen hyötykuormatilan luukuissa.
Eläkkeelle siirtäminenEdit
Sukkulaohjelman päättyessä tehtiin suunnitelmia kolmen jäljellä olevan avaruussukkulan sijoittamisesta pysyvään näytteille. NASAn hallintovirkamies Charles Bolden ilmoitti kiertoratojen sijoituspaikasta 12. huhtikuuta 2011, jolloin tuli kuluneeksi 50 vuotta ensimmäisestä ihmisen avaruuslennosta ja 30 vuotta Columbian ensilennosta. Discovery siirtyi Smithsonianin Steven F. Udvar-Hazy Centeriin ja korvasi Enterprisen, joka siirrettiin Intrepid Sea, Air & Space Museumiin New Yorkiin. Endeavour meni Los Angelesin California Science Centeriin, jonne se saapui 14. lokakuuta 2012. Atlantis meni Kennedy Space Center Visitor Complexiin 2. marraskuuta 2012. Satoja muita sukkulan esineitä asetetaan näytteille useisiin muihin museoihin ja oppilaitoksiin eri puolilla Yhdysvaltoja.
Yksi Crew Compartment Trainer -lento- ja keskikannen harjoittelulaitteista on näytteillä Yhdysvaltain ilmavoimien kansallisessa museossa ja toinen JSC:ssä. Full Fuselage Trainer , joka sisältää hyötykuormatilan ja peräosan mutta ei siipiä, on esillä Museum of Flightissa Seattlessa, Washingtonissa. Mission Simulation and Training Facilityn Shuttle Mission Simulator Fixed Base Simulator meni alun perin Adler Planetariumiin Chicagoon, Illinoisin osavaltioon, mutta siirrettiin myöhemmin Stafford Air & Space Museumiin Weatherfordiin, Oklahomaan. Liikkuvan tukikohdan simulaattori siirrettiin Texas A&M:n ilmailutekniikan laitokselle College Stationiin, Teksasiin, ja ohjaus- ja navigointisimulaattori meni Wings of Dreams -ilmailumuseoon Starkeen, Floridaan. NASA antoi myös noin 7000 TPS-laattaa koulujen ja yliopistojen käyttöön.
Koulujen ja yliopistojen käyttöön.